การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หรือการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศ คือ การเปลี่ยนแปลงการกระจายทางสถิติของรูปแบบสภาพอากาศเมื่อการเปลี่ยนแปลงนั้นกินเวลานาน (เช่น หลายสิบปีถึงหลายล้านปี) การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศอาจหมายถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศเฉลี่ย หรือความแปรผันของเวลาของสภาพอากาศเกี่ยวกับภาวะเฉลี่ยที่กินเวลานาน (คือ มีเหตุการณ์สภาพอากาศสุดขั้วมากขึ้นหรือน้อยลง) การเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศมีสาเหตุจากปัจจัยอย่างกระบวนการชีวนะ ความแปรผันของรังสีดวงอาทิตย์ที่โลกได้รับ การแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค และการปะทุของภูเขาไฟ กิจกรรมบางอย่างของมนุษย์ยังถูกระบุว่าเป็นสาเหตุสำคัญของการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศล่าสุด มักเรียกว่า "โลกร้อน"